[發明專利]一種測試反演巖塊破碎能耗的方法及裝置

在審

• 申請號: 202310242732.0
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116306131A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 馮春;劉新明;朱心廣;程鵬達;王理想;周俊;周玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G01N3/30;G01N3/02;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明公開了一種測試反演巖塊破碎能耗的方法及裝置，方法為：針對巖塊試樣建立三維數值計算模型；巖塊試樣進行沖擊破碎實驗，獲得實驗粒度級配分布數據；將巖塊試樣破碎后的粒度對應的斷裂能參數輸入到三維數值計算模型中進行數值反演，獲得數值粒度級配分布數據；判斷數值粒度級配分布數據與實驗粒度級配分布數據是否在誤差區間內；如果不在誤差區間內，動態調整斷裂能參數輸入至三維數值計算模型以優化，輸出優化后的數值粒度級配分布數據，重復判斷操作；如果在誤差區間內，則輸出對應的斷裂能參數。本發明還提供了一種基于該方法的裝置，本發明通過實驗數據和數值反演相結合以動態調整、確定巖塊試樣的斷裂能參數。

技術領域

本發明屬于巖塊破碎能耗的測試領域，具體涉及一種測試反演巖塊破碎能耗的方法及裝置。

背景技術

巖石的破碎不僅是理論研究的課題，而且也是生產實際應用研究的重要課題。在巖石的各種破碎方式中，沖擊破碎是最主要的破碎方式。而且巖石的沖擊破碎是冶金、礦山、煤炭、水利、建筑、建材、環保和化工等領域中非常重要的一個環節。

目前有關巖石的沖擊破碎的主要研究是監測巖石斷裂力學屬性，通常采用室內動、靜力學實驗、地震試驗、X射線衍射分析、顯微鏡技術等方式進行測試研究。但是上述試驗方法存在成本高、破碎過程難以描述、數據獲取難度大等問題，因此上述試驗方法不能精準描述巖塊試樣的斷裂能。而數值模擬方法具有成本低、過程及參數表征明確等特點，但其精確性受參數選取的影響較大。

現有技術中有關巖塊的沖擊破碎試驗設備是結合上述試驗方法配套設置的，如三軸試驗儀、霍普金森壓桿、三維振動臺等，結構復雜成本高，而X射線衍射儀、電子顯微鏡等，需要設備本身具有高精確度，否則設備控制參數的微小誤差會被放大，從而降低測試結果斷裂能的精確度。

發明內容

本發明提供了一種測試反演巖塊破碎能耗的方法及裝置，將數值反演和實驗數據相結合以動態調整、逐步確定巖石的斷裂能參數，能夠解決現有技術中有關巖塊沖擊破碎試驗的方法單一、提高巖塊斷裂能測試精確度難度大的問題。

在本發明的第一個方面，提供了一種測試反演巖塊破碎能耗的方法，所述方法包括：

1)選取待進行沖擊破碎實驗的巖塊試樣，針對所述巖塊試樣建立三維數值計算模型；

2)將所述巖塊試樣進行沖擊破碎實驗，收集破碎后的巖塊試樣，統計所述巖塊試樣破碎后的粒度，獲得實驗粒度級配分布數據；

3)將所述巖塊試樣破碎后的粒度對應的斷裂能參數輸入到所述三維數值計算模型中進行數值反演，獲得數值粒度級配分布數據；

4)判斷所述數值粒度級配分布數據與所述實驗粒度級配分布數據是否在誤差區間內；

5)如果不在誤差區間內，動態調整所述斷裂能參數，輸入至所述三維數值計算模型以優化，輸出優化后的數值粒度級配分布數據，重復步驟4)-5)；如果在誤差區間內，則輸出對應的斷裂能參數。

進一步地，所述步驟1)中所述三維數值計算模型的建立包括：

采用三維掃描技術對所述巖塊試樣進行掃描，建立所述巖塊試樣的三維幾何模型，并進行網格剖分，以構建所述三維數值計算模型。

進一步地，所述三維數值計算模型進行數值反演之前還需要輸入所述巖塊試樣的計算工況，具體為材料屬性、邊界條件、計算網格類型、數值模擬方法和力學本構模型。

進一步地，所述材料屬性包括巖塊試樣數值模型單元的物理力學參數和接觸面的斷裂能參數；

所述邊界條件是所述沖擊破碎實驗中對所述巖塊試樣的約束條件和施加的沖擊速度；

所述數值模擬方法包括有限元法、有限體積法、有限差分法、塊體離散元法、顆粒離散元法、無網格法和連續非連續單元法；